木工机械用高速电主轴特点及关键技术研究

1、木工机械用高速电主轴特点及关键技术研究【摘要】对木材进行精深加工的最主要方法就是高速镂 铳。对于现在使用比较广泛的数控镂铳机而言，它的主传动 系统采用的是应用比较广泛的电主轴结构。这种电主轴结构 是数控镂铳机的核心部件，有很多特殊的要求。本文针对国 内外关于高速电主轴研发和应用现状，从木材加工的特点对 高速电主轴的特殊要求进行了分析，在此基础上进一步分析 了高速电主轴在轴承的润滑、散热和制动平衡等方面的特殊 要求，最后分析了木工电主轴设计过程中用到的关键技术。【关键词】木工；电主轴；动平衡；预紧力控制高速切削加工在金融切削加工领域中具有非常广泛的 应用，而且现在发展迅速，它具有非常多的优点。高

2、速机床 的最主要优点就是和传统的主传动系统相比，电主轴充分的 应用到了高速机床中。髙速电主轴在木工机械中的应用，大 大的实现了木材的高速加工，提高了木材加工效率和加工质 量。可以说，要想提高木材加工质量和效率，必须要尽快研 发出适合木工机械用的电主轴。从目前的技术发展来看，电主轴技术含量要求高，而且 不是一般的企业能够制造的，真正能够生产并提供高质量电 主轴的企业非常少，而这当中能够提供适合木工机械用的电 主轴的企业就更少了。国内外很多研究机构和个人都对电主 轴进行了不同程度研究。国外发达国家比如德国和意大利 等，这些国家的高速电主轴研发已经达到了一定的水平而且 基本上实现了专业化和系统化进程

3、。其中意大利的hsd公司 是全球规模最大的轻型电主轴制造商，该公司的电主轴产 品主要应用于木工雕刻机和木工加工中心。1木工电轴的结构特点木工切削机床的工作条件不同于传统的技术切削机床， 它加工的多是木质复合材料或者是木材纤维等，具有一定的 方向性，加工的时候对切削力度大小波动要求比较高。而且 在加工的时候由于环境粉尘较多，为了避免粉尘对成品污 染，在进行加工时不允许液体润滑和冷却。所以，必须要对 木工电主轴进行特殊的设计，和金属切削电主轴相比，木工 电主轴主要有以下几个方面的特点。一是由于工作环境和木工机床外形以及生产成本等各 个因素，木工机械用的高速电主轴不能完全使用和金属切削 用高速电主轴

4、一样的轴承。空气动静压轴承是一种新型多气 腔轴承，它综合了静雅轴承和动压轴承的优点，但是这种轴 承必须要进行专业的设计，很难得到大规模的推广，而且维 修起来也难度较大。从目前应用来看，空气动静压轴承主要 应用在了超高速微小切削电轴承上磁浮轴承由于控制系统 复杂以及性能和成本问题，通常只是应用在具有特殊要求的 场合。它很难在高速主轴单元上获得广泛应用。二是和一般电主轴相比，主轴密封要求相对较高。这是 由于木工机械的加工对象和金属切削的加工对象不同，切削 过程中会产生大量的粉尘，所以，相比较而言，木工机械用 的电主轴的使用环境更加恶劣，要求条件更高，必须要密封 更好。三是对金属切削电主轴而言，它允

5、许使用冷却液对切削 区进行排屑和冷却，木材在加工过程中比较容易受到环境中 液体的污染，所以，必须在加工的时候必须要用强力抽风设 备来抽取切削过程中产生的各种粉尘，同时要用风冷方式来 降低电主轴的温度。总的来说，角接触轴承是电轴承中应用 最广泛、性能最好、有点最多的轴承，它具有标准化程度高、 高速性能好、刚度高、结构简单和便于维护等优点。但是由 于在进行高速运动时，滚球会产生强大的陀螺力矩和离心 力，所以它产生的载荷有时会超过机床的切削符合，这就会 导致机床使用寿命的减少。为了解决这个问题，最好的办法 是采用混合式陶瓷球轴承，也就是用陶瓷材料来制造滚珠， 用钢制材料来制造抽成的内外圈。为了更好的

6、满足实际生产 要求，可以在陶瓷球轴承中使用脂润滑。同时可以把两个或 者多个混合陶瓷球轴承组合使用，这样可以进一步提高轴承 的承载能力和刚度。2木工机械用电主轴的关键技术问题在进行电主轴的结构设计的时候，必须要充分结合木工 机械用高速电主轴的使用特点来设计，为此，必须要首先解 决以下几个方面的问题： 必须要设计良好的冷却与散热装置对主轴电动机来说，它的两端就是主轴轴承，轴承的工 作会随着电动机的发热程度发生变坏，如果电动机发热过 高，就会影响到机床工作的稳定程度和精度。因此，一定要 首先解好主电动机的散热问题。确切的数据统计显示，电主 轴的主要热量来源就是电主轴的转子和定子。通常的电主轴 可以采

7、用循环强制水冷却系统来进行冷却，而木工机械用电 主轴在进行冷却时，只能采用强力排风设备来进行冷却，而 切削区的冷却也是采用风流冷却，并吹掉切削过程中产生的 粉尘。 选用合理的润滑方式和普通电主轴一样，木工机械电主轴也要控制主轴的温 度，一般采用的是润滑方式，为了确保电主轴的稳定性和工 作精度，对润滑方式的选择至关重要，必须要综合考虑轴承 的负荷、转速和类型等等。通常比较常用的高速电主轴的润 滑形式有环下润滑、喷射润滑、油气润滑和油雾润滑等。木 工机械用的电主轴又有特别的要求，需要一次的永久性脂润 滑。但是这种散热效果并不十分理想，这是由于油脂的流动 性不好，从而产生了机械阻力进而影响了散热效果

8、。为了更 好的使用，必须要对使用的油脂进行进一步改进，建议可以 采用普通润滑脂加上引擎抗磨按照一定的比例混合拌匀添 加到轴承里面。另外为了不影响散热，高速轴承的加入量要 不能超过空隙的70%。经过这种方法改进的油脂具有噪声低、 温度升高慢等特点，可以非常好的满足使用要求。 木工机械用高速电主轴的动平衡设计对于高速主轴来说，即使是很小的不平衡量，都会产生 很大的震动，从而导致加工表面和加工精度的下降。木工机 械加工的木材纤维一般不均匀，对加工过程中的刀具的力度 波动要求比较高。因此，在进行设计时，除了考虑主轴的刚 性外，还要对主轴的每一个零件进行精密的加工和装配、校 正。3结语高速电主轴是实现木工机械高速化加工的核心部件。由 于木材加工的特殊性，木工电主轴的设计和装配比传统的金 属切削电主轴有更高的更特殊的要求，比如轴承的发热、润 滑、动态平衡等。只有将这些影响电主轴性能关键因素引起 的问题很好地解决了，才能开发出合格的适用于木材加工 的高速电主轴产品。参考文献1 王卫东木工机械用高速电主轴的结构